水利水電工程地質(zhì)三維統(tǒng)一建模研究

【摘要】工程地質(zhì)三維統(tǒng)一建模是一項新型的計算機輔助技術(shù)，隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我們國家的水利水電行業(yè)也引入了這項技術(shù)，但是目前我們國家這項技術(shù)在水利水電行業(yè)中的應(yīng)用還處于初級階段，仍然需要長久的研究。文章主要講述了工程地質(zhì)三維統(tǒng)一建模的概念、意義，如何創(chuàng)建模型以及對模型的準確性作出分析。

【關(guān)鍵詞】水利水電；工程地質(zhì)；三維統(tǒng)一建模；研究意義；創(chuàng)建模型；準確性分析

前言

隨著我國經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我們國家的水利水電行業(yè)發(fā)展的也越來越快，開展了許多的戰(zhàn)略措施，例如南水北調(diào)等等。水利水電行業(yè)的工作地點大多處于高山峽谷這樣的地區(qū)，地勢結(jié)構(gòu)復(fù)雜，給在這些地區(qū)工作的水利水電行業(yè)的工作者帶來了不小的困難。但是隨著我們國家對水利水電行業(yè)的要求越來越高以及我國計算機的快速發(fā)展，工程地質(zhì)三維建模逐漸的被人們關(guān)注，并把這一項技術(shù)應(yīng)用在水利水電行業(yè)中，使之解決目前在水利水電行業(yè)中的難題。

1、工程地質(zhì)三維統(tǒng)一建模的概念

工程地質(zhì)學(xué)是一門研究跟工程建設(shè)息息相關(guān)的地質(zhì)問題而創(chuàng)建的學(xué)科。我們?nèi)祟愃械纳钌a(chǎn)活動都是在大地上進行的，與土地是不能分開的，那么研究地質(zhì)問題就顯得至關(guān)重要了，我們的工程建筑與地質(zhì)環(huán)境是相互作用又相互制約的，兩者是一個整體，我們在研究的時候應(yīng)當把他們作為一個系統(tǒng)的整體去考慮。所以，工程地質(zhì)三維統(tǒng)一建模就是在已經(jīng)構(gòu)建好的地質(zhì)模型和工程建筑模型的基礎(chǔ)上，再通過我們已有的計算機相關(guān)軟件進行三維圖形操作，在工程建設(shè)區(qū)域內(nèi)將建造好的工程建筑模型與地質(zhì)環(huán)境模型進行一個整合，使之成為一個三維統(tǒng)一模型，用來提供工程建設(shè)過程中所需要的各種信息。

2、水利水電工程地質(zhì)建模研究的發(fā)展與現(xiàn)狀

在國內(nèi)，我國把計算機技術(shù)應(yīng)用到地質(zhì)開發(fā)當中，但是由于收到計算機硬件的干擾，我們大多利用的是二維軟件對水利水電的應(yīng)用，三維地質(zhì)建模的分析研究還在探索當中，不過我們國家已經(jīng)有一些學(xué)者對地質(zhì)三維建模做出了巨大的貢獻，例如：中國科學(xué)院張菊明、陳昌彥等人應(yīng)用擬和函數(shù)法開發(fā)研制了邊坡工程地質(zhì)信息的三維可視化系統(tǒng)，并應(yīng)用于長江三峽永久船閘邊坡工程的三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)的模擬和三維再現(xiàn)工作中。

3、研究意義

工程地質(zhì)是工程建設(shè)的基本載體，我們對工程地質(zhì)的分析主要從兩個方面入手：一是在工程建設(shè)中的建筑物的結(jié)構(gòu)和規(guī)模的設(shè)計；二是對即將要建設(shè)的建筑物所處環(huán)境的地質(zhì)進行檢測，要知道在建筑物所處的環(huán)境中哪些是有利因素，哪些是不利的，對情況有一個客觀的了解。然后根據(jù)了解到的信息再去研究地質(zhì)環(huán)境和工程建筑物兩者之間的相互作用關(guān)系，給出一個客觀合理的結(jié)論，對工程建筑物的設(shè)計和施工提供一個合理的參考。所以說，建構(gòu)水利水電三維信息模型的主要目的是將地質(zhì)環(huán)境與工程建筑有一個較好的結(jié)合，以地質(zhì)為基礎(chǔ)，通過信息分析為水利水電建筑的設(shè)計、施工等等各方面提出一個合理的地質(zhì)分析參考。在水利水電工程中進行工程地質(zhì)三維統(tǒng)一建模，可以使得在水利水電工程的每個階段都有信息模型的支持，還可以實現(xiàn)更多方面的需求，例如：1、可以輔助地質(zhì)工作人員進行鉆孔，幫助工作人員進行勘探工作，這樣不僅可以提高工作人員工作的效率和進度，還能為地質(zhì)工程師提供有效的信息，幫助工程師分析所獲得的信息與所研究的地址區(qū)域之間的關(guān)系。2、可以隨時對三維模型進行處理，當有設(shè)計人員有其他的想法的時候就可以對三維模型進行修改，非常的方便，可以讓設(shè)計師從繁冗復(fù)雜的手工制圖中解放出來。3、三維設(shè)計里面有施工模擬，可以輔助實際施工，幫助工作人員進行施工上的決策，有助于縮短施工的時間，并且減少施工時事故的發(fā)生。

因為水利水電行業(yè)里面不同專業(yè)的人才之間的工作都是分開的，有著非常明確的工作職能，所以他們之間的工作信息是不相通的，當有新的地址資料或者施工方案更改時，各個專業(yè)都要花費大量的時間和精力去返回到工作中去，并且如果一個階段的工作出現(xiàn)問題，就會很嚴重的影響到其他階段的工作，而且由于不同專業(yè)之間的信息不能協(xié)調(diào)，就會使得工程設(shè)計的水平和效率降低，從而影響施工建設(shè)的順利進行。

所以，建立完善，正確，精準的水利水電工程地質(zhì)三維統(tǒng)一模型和分析系統(tǒng)是至關(guān)重要的，能夠快捷、方便的為水利水電工程中的勘探、設(shè)計和施工等各個階段提供有效的地質(zhì)信息，從而更好地進行各方面的地質(zhì)信息的分析和評測，降低各個階段的風險，并且為勘探、設(shè)計和施工等帶來準確有效的地質(zhì)分析參考。

4、水利水電工程地質(zhì)三維統(tǒng)一模型的建立

4.1建立地層的幾何模型。在三維地質(zhì)模型中，地層結(jié)構(gòu)體屬于模型中最基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)部分，但同時又是最主要部分，地層結(jié)構(gòu)主要負責用來規(guī)劃范圍，是各種地質(zhì)結(jié)構(gòu)的作用對象。所以需要結(jié)合各個巖層的單元實體，形成相應(yīng)的三維地層幾何模型。

4.2建立地質(zhì)集合模型。地質(zhì)體結(jié)構(gòu)空間具有不連續(xù)性，不均勻性等，內(nèi)部的空間結(jié)構(gòu)是十分復(fù)雜的。我們以第1步建立好的三維地層幾何模型為對象，利用建立的地質(zhì)構(gòu)造單元實體集合，將地質(zhì)構(gòu)造單元實體集合與巖層單位實體集合進行體與體之間的布爾差運算，并將地質(zhì)構(gòu)造單元體集合與被破壞的地層結(jié)構(gòu)體按相應(yīng)的位置關(guān)系正確的組合起來，所以這樣就建立了由各種地質(zhì)結(jié)構(gòu)體建立的能真實客觀的反應(yīng)工程區(qū)域的三維結(jié)構(gòu)模型。（下轉(zhuǎn)第頁）

4.3建造統(tǒng)一的工程地質(zhì)模型。我們以三維地質(zhì)幾何模型為對象，再利用工程建筑物模型對三維地質(zhì)模型進行操作運算，經(jīng)過一系列的圖形運算，最后建立一個統(tǒng)一的工程地質(zhì)模型。我們建成的三維模型能夠真實的反應(yīng)地質(zhì)信息和水利水電工程建筑物的未來建設(shè)情況，為水利水電工程的設(shè)計和施工提供有效的幫助。

4.4最終的三維統(tǒng)一模型。我們建成的模型已經(jīng)可以使用了，可以給我們提供真實有效的信息，但是還不夠美觀，為了能夠表達出模型中不同結(jié)構(gòu)間的物理特征和視覺上的差別，我們可以利用渲染技術(shù)，對不同的結(jié)構(gòu)進行顏色和紋理上的渲染。我們可以利用軟件自帶的渲染工具，結(jié)合實際生活中巖石的真實文理和顏色進行渲染。

5、模型的可靠性分析

建立一個精確的模型是所有研究人員和使用人員的共識，模型的精度是否達到標準是能否投入使用的關(guān)鍵，所以對模型的準確度進行檢查就是建立模型的最重要的一個過程，模型的精確度檢查貫穿于模型構(gòu)建的整個過程，從始至終，都應(yīng)對模型進行一個準確度的分析。我們主要從三個方面進行檢查：1、模型的幾何形檢查。要檢查模型中地質(zhì)對象在幾何結(jié)構(gòu)中是否正確，我們主要檢查的是線和面的連續(xù)性以及體的封閉性，假如我們發(fā)現(xiàn)了錯誤，應(yīng)當及時改正或者重新構(gòu)造。2、地質(zhì)結(jié)構(gòu)合理性的檢查。這個方面就是檢查我們所創(chuàng)建的模型在面和線的整體發(fā)展趨勢上是否合理，我們可以集合我們可以使用已經(jīng)繪制出來的地質(zhì)平面圖進行檢查，從我們所畫出的三維立體模型中可以利用軟件中的工具生成二維剖面圖，再利用剖面CAD圖紙進行縱方向上的斷面檢查，在檢查過程中如果發(fā)現(xiàn)有不合理的地方要及時改正。3、原有數(shù)據(jù)的檢查。我們的三維模型是根據(jù)已經(jīng)測量出來的具體數(shù)據(jù)畫出來的，我們在最后畫完的時候應(yīng)當檢查我們所畫的模型里面所包含的數(shù)據(jù)是否與我們最初使用的數(shù)據(jù)保持一致，只有保證一致，我們才能把我們做出來的模型成為信息化模型，如果有不相同的地方應(yīng)當對我們的模型進行修改。

結(jié)束語

水利水電工程地質(zhì)三維統(tǒng)一建模目前在我國的研究尚處于探索階段，與國外有著不小的差距，但是這項技術(shù)對于水利水電行業(yè)有著至關(guān)重要的作用，我們應(yīng)當把這項技術(shù)完善成為一個系統(tǒng)的整體，并最終應(yīng)用于水利水電行業(yè)中，為該行業(yè)的發(fā)展起到幫助和促進作用。

參考文獻：

[1]劉杰.水利水電工程地質(zhì)三維統(tǒng)一建模方法研究.中國科學(xué).2017（03）：41

[2]李明超.大型水利水電工程信息三維建模與分析研究.天津大學(xué).2016（05）：54

[3]鄭松午.水利水電工程三維地質(zhì)建模技術(shù)研究.中南大學(xué).2014（06）：12